Nghiên cứu quy trình sản xuất enzyme protease từ vi sinh vậ

Nghiên cứu quy trình sản xuất enzyme protease từ vi sinh vậ

LỜI MỞ ĐẦU

Ngay từ thời cổ xưa, vi sinh vật đã được con người sử dụng để chế biến và sản xuất thựcphẩm, nó là một bộ phận trong khẩu phần ăn của con người và các loài vật nuôi Ngàynay việc sản xuất protein từ nguồn vi sinh vật không chỉ nhằm mục đích sử dụng để làmthức ăn, mà sản xuất protein từ vi sinh vật được trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Protease là enzyme hiện nay được sử dụng nhiều nhất trong một số ngành sản xuất như:Chế biến thực phẩm ( đông tụ sữa dùng làm phomat, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăngchất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thựcphẩm…), sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp…

Qua nhiều năm, việc gia tăng sử dụng vi sinh vật như là một nguồn cung cấp protease đãđược cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất và sản phẩm được tạo ra nhiều hơn Proteasephân bố ở thực vật, động vật, vi sinh vật Tuy nhiên nguồn enzyme ở vi sinh vật phongphú nhất và có nhiều ưu điểm nhất như: có ở hầu hết các vi sinh vật như vi khuẩn, nấmmốc, xạ khuẩn…, có hoạt tính mạnh chỉ cần một lượng nhỏ có thể chuyển hóa một lượng

cơ chất lớn, có cường độ sinh sản rất mạnh và tổng hợp enzyme với tốc độ rất nhanhchóng, trong một thời gian ngắn có thể thu được một lượng enzyme lớn….Có thể nói visinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở quy mô lớn dùngtrong công nghệ và đời sống Đây cũng chính là lý do em chon đề tài “ Nghiên cứu quytrình sản xuất enzyme protease từ vi sinh vật”

Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về enzyme

1.1.1 Định nghĩa enzyme[1] co thanh nga

Enzyme là những protein có khả năng xúc tác đặc hiệu cho các phản ứng hóa học,

là chất xúc tác sinh học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng như: cường lực xúc tác lớn,

sự chuyển hóa cơ chất mạnh…

1.1.2 Thành phần cấu tạo của enzyme[2]co thanh nga

Cũng như protein, enzyme có thể là protein đơn giản hoặc protein phức tạp Trên cơ sở

đó, người ta phân enzyme thành hai nhóm: Enzyme một thành phần (enzyme một cấu tử)

và enzyme hai thành phần (enzyme hai cấu tử)

Phần protein của enzyme hai thành phần được gọi là apoprotein hay apoenzyme, cònphần không phải protein gọi là nhóm ngoại hoặc coenzyme Phần không phải proteinthường là những chất hữu cơ đặc hiệu có thể gắn chặt vào phần protein hoặc chỉ có thểliên kết lỏng lẻo và có thể tách khỏi phần protein khi cho thẩm tích qua màng

Một phức hợp hoàn chỉnh gồm cả apoenzyme và coenzyme được gọi là holoenzyme.Trong đó coenzyme trực tiếp tham gia phản ứng xúc tác, giữ vai trò quyết định kiểu phảnứng mà enzyme xúc tác và làm tăng độ bền của apoenzyme đối với các yếu tố gây biếntính Còn apoenzyme có tác dụng nâng cao hoạt tính xúc tác của coenzyme và quyết địnhtính đặc hiệu của enzyme

1.1.3 Phân loại enzyme http://www.web-books.com/MoBio/Free/Ch2E1.htm

Dựa trên những phản ứng xúc tác, Ủy ban danh pháp của Liên minh quốc tế về Hóasinh và Sinh học phân tử (IUBMB) đề nghị việc phân loại sau đây

1 Oxidoreductases xúc tác cho một loạt các phản ứng oxy hóa giảm Các tênthường gặp bao gồm dehydrogenase, oxidase, reductase và catalase

2 Transferases xúc tác chuyển giao của các nhóm (acetyl, methyl, phosphate,vv) Các tên thường gặp bao gồm acetyltransferase, protein kinase methylase, vàpolymerase Ba lớp con đầu tiên đóng vai trò quan trọng trong quy định của quátrình tế bào Phản ứng hóa học của họ được thể hiện tronghình 2-E-1 Polymerase

là điều cần thiết cho sự tổng hợp DNA và RNA

3 Hydrolases xúc tác phản ứng thủy phân một phân tử được chia thành hai hoặcnhiều phân tử nhỏ hơn bằng cách cho thêm nước Ví dụ phổ biến được đưa ra dướiđây

Protease chia tách các phân tử protein Ví dụ: HIV protease và caspase HIVprotease là điều cần thiết cho nhân bản HIV không Caspase đóng một vai trò quantrọng trong quá trình apoptosis

Nucleases chia tách các axit nucleic (DNA và RNA) Căn cứ vào loại chất nền, họđược chia thành RNase và DNase RNase xúc tác thủy phân của RNA và DNasehành vi trên DNA Họ cũng có thể được chiathành exonuclease và endonuclease.Exonuclease dần dần tách ra khỏi nucleotideduy nhất từ một đầu của DNA hoặc RNA Endonuclease chia tách DNA hoặc RNAtại các trang web nội bộ

Phosphatase xúc tác dephosphorylation (loại bỏ các nhóm phosphate) Vídụ:calcineurin Các ức chế miễn dịch thuốc FK506 và Cyclosporin A là những chất

ức chế calcineurin

4 Lyases xúc tác sự phân tách của CC, CO, CS và CN trái phiếu bằng các phươngtiện khác hơn so với thủy phân hoặc quá trình oxy hóa Tên gọi thông thường baogồm decarboxylase, aldolase

5 Isomerase xúc tác tái sắp xếp nguyên tử trong một phân tử Ví dụ như rotamase,isomerase disulfide protein (PDI), epimerase và racemase

6 Ligases xúc tác cho phản ứng mà tham gia hai phân tử Các ví dụ bao gồm cácenzym tổng hợp peptide, aminoacyl-tRNA synthetase, DNA ligase và RNA ligase.1.1.4 Trung tâm hoạt động của enzyme[2]co thanh nga

Trung tâm hoạt động của enzyme là phần của phân tử enzyme trực tiếp kết hợpvới cơ chất, tham gia trong việc tạo thành và chuyển hóa phức chất trung gian giữaenzyme và cơ chất để tạo thành sản phẩm phản ứng Trung tâm hoạt động baogồm nhiều nhóm chức năng khác nhau của amino acid, phân tử nước liên kết vànhiều khi có cả cofactor hữu cơ (coenzyme) và vô cơ

Theo quan niệm của Fisher thì trung tâm hoạt động của enzyme đã được hìnhthành sẵn với một cấu tạo nhất định chỉ cho phép cơ chất có cấu tạo tương ứng kếthợp vào Do đó có thể ví sự tương ứng đó như ”ổ khóa với chìa khóa”

Còn theo Koshland thì đặc điểm của vùng trung tâm hoạt động là rất mềm dẻo vàlinh hoạt , các nhóm chức năng của trung tâm hoạt động của enzyme tự do chưa ở

tư thế sẵn sàng hoạt động, khi tiếp xúc với cơ chất, các nhóm chức năng ở trongphần trung tâm hoạt động của phân tử enzyme thay đổi vị trí trong không gian, tạothành hình thể khớp với hình thể của cơ chất Cũng vì vậy, người ta gọi mô hìnhnày là mô hình “tiếp xúc cảm ứng” hoặc “khớp cảm ứng”

Giữa cơ chất và trung tâm hoạt động tạo thành nhiều tương tác yếu, do đó có thể

dễ dàng bị cắt đứt trong quá trình phản ứng để giải phóng ezyme và sản phẩmphản ứng

1.1.5 Tính đặc hiệu của enzyme[2] co thnah nga

Mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một số chất nhấtđịnh theo một kiểu phẩn ứng nhất định Đặc tính tác dụng lựa chọn cao này gọi làtính đặc hiệu hoặc tính chuyên hóa của enzyme Tính đặc hiệu là một trong nhữngđặc tính cơ bản quan trọng nhất của enzyme

Có thể phân biệt hai kiểu đặc hiệu: đặc hiệu kiểu phản ứng và đặc hiệu cơ chất

1.1.5.1 Đặc hiệu kiểu phản ứng

Phần nhiều mỗi enzyme đều có tính đặc hiệu với một loại phản ứng nhất định.Những chất có khả năng xảy ra nhiều loại phản ứng hóa học thì mỗi loại phảnứng ấy phải do một enzyme đặc hiệu xúc tác

Ví dụ: Amino acid có khả năng xảy ra phản ứng khử carboxyl, phản ứng khửamin bằng cách oxy hóa và phản ứng vận chuyển nhóm amin Vì vậy mỗi phảnứng ấy cần có một enzyme đặc hiệu tương ứng xúc tác theo thứ tự làdecarboxylase, aminoacid oxydase và aminotransferase

1.1.5.2 Đặc hiệu kiểu cơ chất

Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho sự chuyển hóa một hoặc một số chất nhất định.Mức độ đặc hiệu cơ chất của các enzyme khác nhau không giống nhau, người

ta thường phân biệt thành các mức như sau:

a) Đặc hiệu tuyệt đối

Một số enzyme hầu như chỉ xúc tác cho phản ứng chuyển hóa một cơ chấtnhất định và chỉ xúc tác cho phản ứng ấy mà thôi

Ví dụ: Urease có thể phân giải ure, ngoài ra nó còn có thể hydroxyurenhưng tốc độ thấp hơn 120 lần

b) Đặc hiệu nhóm tuyệt đối

Các enzyme này chỉ tác dụng lên những chất có cùng một kiểu cấu trúcphân tử, một kiểu liên kết và có những yêu cầu xác định đối với nhómnguyên tử ở phần liên kết chịu tác dụng

Ví dụ:Maltase thuộc nhóm α-glucosidase chỉ xúc tác cho phản ứng thủyphân liên kết glucoside được tạo thành từ nhóm OH glucoside của α-glucose với nhóm OH của một monose khác

c) Đặc hiệu nhóm tương đối

Mức độ đặc hiệu của các enzyme thuộc nhóm này hơn nhóm trên Enzyme

có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định trong phân tử

cơ chất mà không phụ thuộc vào cấu tạo của các phần tham gia tạo thànhmối liên kết đó

Ví dụ: Lipase có khả năng thủy phân được tất cả các mối liên kết este.d) Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể)

Hầu như tất cả các enzyme đều có tính đặc hiệu không gian rất chặt chẽ,nghĩa là enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân không giancủa cơ chất

Ví dụ: Phản ứng khử nước của malic acid để tạo thành fumaric acid dướitác dụng của fumarathydratase chỉ xảy ra đối với L-malic acid mà khôngtác dụng lên D-malic acid

1.2 Tổng quan về enzyme protease

1.2.1.Giới thiệu chung về protease

1.2.1.1 Định nghĩa về enzyme protease

Protease là enzyme thủy phân các liên kết peptid (-CO-NH-)n trong phân tử protein giảiphóng các acid amin, pepton hoặc ditripepton

H ì n h 1 2 C ấ u t r ú c k h ô n g g i a n e n z y m e p r o t e as e

1.2.1.2 Cấu trúc trung tâm hoạt động (TTHĐ) của Protease [7]

E + S enzyme – S enzyme – S + P 1 enzyme + P 2

Trong TTHĐ của Protease vi sinh vật ngoài gốc acid amin đặc trưng cho từngnhóm còn có một số gốc acid amin khác Các kết quả nghiên cứu chung về TTHĐ củamột số Protease vi sinh vật cho phép rút ra một số nhận xét chung như sau:

- TTHĐ của Protease đủ lớn và bao gồm một số gốc aa và trong một số trường hợpcòn có cả cofactơ kim loại

+ Các Protease kim loại có TTHĐ lớn hơn vào khoảng 210A, có thể phân biệtthành sáu phần dưới TTHĐ (subsite), mỗi phần dưới TTHĐ tương ứng với mỗi gốc aatrong phân tử cơ chất

+ Đối với các Protease acid, theo nhiều nghiên cứu cấu trúc TTHĐ của các tinh

thể Protease acid của Phizopus chinenis và Endothia parasilica đã cho thấy phân tử các

Protease này gồm có hai hạt, giữa chúng có khe hở vào khoảng 200A Khe hở này là phần

xúc tác của các E, các gốc Asp-35 và Asp-215 xếp đối diện nhau trong khe ấy.

- Đối với các Protease không chứa cysteine, TTHĐ của chúng có tính mềm dẻohơn vì cấu trúc không gian của chúng không được giữ vững bởi các cầu disulphide

Mặc dù TTHĐ của các Protease vi sinh vật có khác nhau nhưng các enzyme nàyđều xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết peptide theo cùng một cơ chế chung nhưsau:

Trong đó: E: enzyme, S: cơ chất, enzyme - S: Phức chất enzym- cơ chất, P1: Là sản phẩmđầu tiên của phản ứng, P2: Là sản phẩm thứ hai của phản ứng

1.2.2 Phân loại protease http://www.scribd.com

Sơ đồ phân loại enzyme protease:

Hình 1.4 Cơ chế xúc tác TTHĐ Enxyme

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại proteaseProtease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase.

* Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được phân chia thànhhai loại:

+ Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗipolypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide.+ Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗipolypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide

* Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm: + Serin proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trongtrung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc táccủa enzyme

+ Cysteine proteinase: Các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động.Như: papayin, bromelin, một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng.+ Aspartic proteinase: Hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin Có chứanhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở pH trungtính.

+ Metallo proteinase: Là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm mốccũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt độngvùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:

- Protease acid: pH 2-4 có nhiều ở tế bào động vật, nấm men, nhưng ít thấy ở vikhuẩn

- Protease trung tính có pH 7-8 như papain từ quả đu đủ, bromelain từ quả dứa

- Protease kiềm có pH 9-11

* Ngoài ra có thể phân thành 2 loại khác:

- Enzyme protease nội bào là những enzyme được tiết ra từ bên ngoài hoặc ngoại biênmàng protein và được trích ly vào môi trường bằng kỹ thuật trích ly

- Enzyme protease ngoại bào được thu nhận từ quá trình lên men, như quá trình lênmen trên môi trường rắn Enzyme được thu nhận khi quá trình lên men hoàn tất hoặcngay khi quá trình lên men đang diễn ra

1.2.3 Tình hình nghiên cứu enzyme protease enzyme-protease-trong-san-xuat-bia-30369/?langid=1

http://bookluanvan.vn/f52/ung-dung-cua-1.2.3.1 Tình hình nghiên cứu enzyme trong nước

Hầu như mọi phản ứng hoá học trong cơ thể sống đều cần phải có vai trò xúc táccủa enzyme - chất xúc tác sinh học Chính vì vậy, các nghiên cứu về enzyme đã thu hút

sự quan tâm của các cán bộ hoá sinh học, sinh học thực nghiệm và nhiều nhà nghiên cứu

ở các lĩnh vực liên quan khác Các nghiên cứu nhằm theo hướng tách, tinh sạch enzyme,tạo các chế phẩm có độ sạch khác nhau, nghiên cứu cấu trúc, mối liên quan giữa cấu trúc

và hoạt tính sinh học của enayme, khả năng ứng dụng enzyme trong thực tế [3] Và gầnđây nhất là những sáng tạo mới mẽ, mang tính ứng dụng lớn được sử dụng rộng rãi như:

+ Trần Quốc Hiền, Lê Văn Việt Mẫn, Trung tâm Công nghệ sau thu hoạch, ViệnNghiên cứu nuôi trồng thủy sản II, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Hồ Chí

Minh đã “Nghiên cứu thu nhận chế phẩm Protease từ ruột cá Basa (pangasius

bocourti)” thực hiện năm 2006 Nghiên cứu này khảo sát quá trình trích ly và tinh sạch

enzyme Protease từ ruột cá Basa (Pangasius bocourti) Dịch chiết protease kiềm thu được

từ ruột có tổng hoạt tính cao nhất là 15,79UI/gCKNT (chất khô nội tạng) trong điều kiệnchiết: tỷ lệ mẫu/dung môi 1/1(w/w); pH 9,5; nhiệt độ 35oC; thời gian chiết 10 phút [14]

+ Tối ưu một số điều kiện nuôi cấy chủng vi sinh vật biển Acinetobacter sp QN6

sinh tổng hợp Prơtease được thực hiện của Quyền Đình Thi, Trần Thị Quỳnh Anh,

Nguyễn Thị Thảo (2007), viện CNSH đã chứng minh các điều kiện thuận lợi nhằm nuôi

cấy với hiệu suất cao nhất đối với chủng vi sinh vật biển Acinetobacter sp QN6 sinh tổng

hợp Prơtease [15].

+ Phan Thị Bích Trâm, Dương Thị Hương Giang, Hà Thanh Toàn, Phạm Thị Ánh

Hồng, Đại học Cần Thơ, Trường ĐHKH Tự nhiên, ĐH Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã tiến hành “Tinh sạch và khảo sát đặc điểm của các Serine Protease từ Trùn Quế”

( 2007) Bước đầu khảo sát hệ enzyme Protease từ trùn quế (Perionyx excavatus) cho

thấy phần lớn các protease trong dịch chiết enzyme thô có thể tinh sạch sơ bộ bằng tủaphân đoạn với ammonium sulfat nồng độ trong khoảng 30-80% Nhiệt độ và pH tối ưucho enzyme thô hoạt động trên cơ chất casein là 550C và pH trong khoảng kiềm 10 -12.[16],[4]

+ “Nghiên cứu ứng dụng Protease bacillus subtilis trong sản xuất bột đạm thủy

phân từ cá Mối”, Vũ Ngọc Bội, trường Đại học thủy sản Nha Trang Qua nghiên cứu cho

thấy protease B subtilis có thể thủy phân mạnh mẽ cơ thịt cá mối và hoàn toàn có thể sử dụng enzyme này trong sản xuất bột đạm thủy phân Khi bổ sung protease B subtilis với

nồng độ enzyme 0,3% vào hỗn hợp cơ thịt cá mối và thủy phân ở 500C

+ Nghiên cứu ứng dụng Protease trong sản xuất Bia, thực hiện trong các năm

1993-1994, Thực hiện: TS.Trương Thị Hòa và các công tác viên Viện Công nghiệp thực

phẩm Protease của Aps oryzae được dùng để thủy phân protein trong hạt ngũ cốc, tạo

điều kiện xử lý bia tốt hơn [8]

1.2.3.2 Tình hình sản xuất enzyme Protease trên thế giới

Trong các Protease, các enzyme của hệ tiêu hóa được nghiên cứu sớm hơn cả

Năm 1857, Corvisart tách được tripxin từ dịch tụy, đó là Protease đầu tiên nhận được ở dạng chế phẩm Năm 1861 Brucke cũng đã tách được Pepxin từ dịch dạ dày Chó ở dạng

tương đối tinh khiết Ngoài các enzyme của hệ tiêu hóa, người ta cũng đã quan sát đầutiên về các Protease trong máu [11]

Các Protease thực vật được phát hiện muộn hơn Năm 1879 Wurtz được xem làngười đầu tiên tách được Protease thực vật Đến nay người ta đã nghiên cứu được kháđầy đủ về cấu trúc phân tử của nhiều Protease như: papain, tripxin, kimotripxin,subtilizin… [11]

Các Protease của vi sinh vật mới được chú ý nghiên cứu nhiều từ năm 1950, mặc

dù từ năm 1918- 1919 Waksman đã phát hiện được khả năng phân giải Protein của Xạkhuẩn Trong hơn 10 năm nay số công trình nghiên cứu Protease vi sinh vật tăng lên đáng

kể nhiều hơn các Protease của động và thực vật Những kết quả đạt được trong lĩnh vựcnày đã góp phần mở rộng quy mô sản xuất chees pha enzyme và ứng dụng enzyme trongthực tế [11]

Trong CNTP, người ta sử dụng Protease để sản xuất phomat từ sửa (Mohanty etal.,1999), xản xuất bánh từ bột mì (Hozova et al., 2003) hay chế biến các sản phẩm giàuprotein từ đậu tương (Ghazi et al., 2003; Ma et al., 2004); trong công nghiệp thuộc da,Protease được dùng để thủy phân một số thành phần phi collagen của da và loại bỏ cácprotein phi fibrin như albumin, globulin (Gupta, Rammani, 2006); trong chất tẩy rửa,Protease là một trong những thành phần quan trọng của tất cả các loại chất tẩy rửa, từ cácchất tẩy rửa dùng trong gia đình đến những chất làm sạch kính hoặc răng giả, kem đánhrăng (Rao et al., 1998) Trong những năm gần đây, giá trị thương mại của các enzymecông nghiệp trên toàn thế giới đạt khoảng 1 tỷ USD, trong đó chủ yếu là các enzyme thủyphân (75%), và Protease là một trong ba nhóm enzyme lớn nhất sử dụng trong côngnghiệp (60%) (Rao et al., 1998) [13].

Từ năm 1950 trở lại đây trên thế giới có hàng loạt Protease động vật, thực vật và

vi sinh vật được tách chiết nghiên cứu Thời gian gần đây các nhà khoa học trên thế giớitập trung nghiên cứu về Protease vi sinh vật và đã đạt nhiều thành tựu to lớn về lĩnh vựcnày (Protease từ vi sinh vật chiếm tới 40% tổng doanh thu của enzyme toàn thế giới(Godfrey west, 1996) [13]) Hiện nay, số lượng các enzyme được sản xuất hàng năm trênthế giới, ở các nước phát triển nhất là châu Âu, Mỹ và Nhật Bản vào khoảng 300.000 tấnvới doanh thu từ sản xuất enzyme ước tính vào khoảng 500 triệu USD Trong đó khoảng

600 tấn Protease tinh khiết được sản xuất từ vi sinh vật bao gồm khoảng 500 tấn từ vikhuẩn và 100 tấn từ nấm mốc Những nước có công nghệ sản xuất và ứng dụng Proteasetiên tiến trên thế giới là: Đan Mạch, Nhật Bản, Mỹ, Anh, Pháp, Hà Lan, Trung Quốc,Đức, Áo Các nước này đã đầu tư thích đáng cho công tác nghiên cứu, sản xuất và ứngdụng Protease từ VSV Chính vì thế nhịp độ sản xuất Protease ở quy mô công nghiệp tạicác nước phát triển hàng năm tăng vào khoảng 5%- 10% Ngày nay người ta có thể sảnxuất các enzyme cố định trên các chất mang không tan cho phép có thể tái sử dụngenzyme nhiều lần Vì vậy mà việc ứng dụng Protease ngày càng gia tăng[4],[1]

1.2.3 Nguồn thu nhận enzyme protease TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QU ỐC GIA TP HCM KHOA

KỸ THUẬT HÓA HỌcBÀI BÁO CÁO MÔN HÓA SINH THỰC PHẨMNGUỒN THU NHẬN VÀ ỨNG DỤNG PROTEASE

Enzyme có trong tất cả các cơ quan, mô của sinh vật; nhưng để thuận lợi về kinh

tế, người ta chỉ dùng những vật liệu cho phép thu một lượng lớn enzyme với hiệu suấtcao

Hiện nay chúng ta sử dụng 3 nguồn nguyên liệu sinh học cơ bản để thu nhậnprotease :

- Động vật : Thông thường protease động vật có ở tuyến tiêu hóa (niêm mạc dạdày, niêm mạc ruột non, tuyến tụy…)

Vd: Pepsin từ niêm mạc dạ dày và dịch vị của động vật bậc cao Chymosin

“rennin” có trong ngăn thứ tư dạ cỏ bê non dưới 5 tháng tuổi

Tuy nhiên, để sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, protease động vật ít thuận lợi

do sản xuất chúng bị hạn chế và nguồn nguyên liệu thu nhận enzyme không lớn lắm

- Thực vật : Từ các thực vật bậc cao người ta cũng thu được một số chế phẩmenzyme quan trọng

Vd : Papain thu từ mủ đu đủ xanh, Bromelin từ than cây dứa… Lượng enzyme thuđược từ các nguyên liệu thực vật không lớn lắm so với lượng nhiên liệu tiêu hao

- Vi sinh vật :Hai nguồn nguyên liệu trên không thể dùng dùng nguyên liệu trongsản xuất công nghiệp qui mô lớn do những hạn chế về nguyên liệu và công nghệ Vì vậy,dùng enzyme từ vi sinh vật sẽ khắc phục được các hạn chế trên

+ Nguồn nguyên liệu vô hạn

+ Hệ enzyme phong phú

+ Hoạt tính mạnh

+ Có khả năng tăng cường sinh tổng hợp enzyme nhờ chọn giống

+ Vi sinh vật sinh sản với tốc độ cực nhanh

+ Thức ăn nuôi dễ kiếm, rẻ riền

1.2.4 Ứng dụng của enzyme protease enzyme-protease.206830.html

http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/thu-nhan-va-ung-dung-cua-Protease không những được ứng dụng nhiều trong y dược, hóa học, trong nôngnghiệp, mà trong công nghiệp Protease chiếm vai trò quan trọng, việc sử dụng enzymetrong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được nhiều kết quả to lớn Thử nhìnthống kê sơ bộ sau đây về các lãnh vực đã dùng Protease ta có thể thấy được sự đa dạng:công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá, công nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh

mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột trứng, công nghiệphương phẩm và mỹ phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp da, công nghiệp phim ảnh, côngnghiệp y học…

Sau đây là những ứng dụng mà Protease mang lại trong công nghiệp thực phẩm:1.2.4.1 Trong công nghiệp chế biến thịt

- Protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân một phần protein trong thịt,kết quả làm cho thịt có một độ mềm thích hợp và có vị tốt hơn Protease được sử dụng đểlàm mềm thịt và tăng hương vị thịt Có thể ngâm thịt vào dinh dưỡng Protease ở pH vànhiệt độ xác định-phương pháp này phổ biến và thuận lợi nhất; Tẩm hỗn hợp làm mềmthịt (E, muối, bột ngọt), tiêm dung dịch enzyme vào thịt (tiêm dung dịch enzyme vào convật trước khi giết mổ)

1.2.4.2 Trong chế biến thuỷ sản

- Khi sản xuất nước mắm thì thời gian chế biến thường là dài nhất, hiệu suất thuỷphân (độ đạm) lại phụ thuộc rất nhiều địa phương, phương pháp gài nén, nguyên liệu cá.Nên hiện nay quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày đã được hoàn thiện trong đó sử

dụng chế phẩm enzyme Protease để rút ngắn thời gian làm và cải thiện hương vị củanước mắm Phương pháp sử dụng Protease trong xản xuất nước mắm:

+ Nước mắm truyền thống là kết quả của quá trình thủy phân protein thịt cá dướitác động của hệ Protease nội tại trong điều kiện có muối theo cơ chế:

Trong 24 giờ đầu tiên, dưới tác động của các hệ Protease nội tại của cá một phầnprotein thịt cá bị thủy phân thành peptid, polypeptid hòa tan trong nước bổi Sau đóprotein thịt cá, polypeptid và các peptid được tạo thành này tiếp tục bị thủy phân mạnh

mẽ bởi các Protease kim loại tạo thành các aa tự do, các peptid ngắn và đã có sự hìnhthành hương vị của nước mắm

1.2.4.3 Trong công nghiệp sữa

- Protease được dùng trong sản xuất phomat nhờ hoạt tính làm đông tụ sữa của

chúng Protease từ một số vi sinh vật như A candidus, P roquerti, B mesentericus,…

được dùng trong sản xuất pho mát [1] Trần Xuân Ngạch (2007), Công nghệ enzym,Trường Đại Học Bách Khoa Đà

Nẵng

Trong công nghiệp sản xuất bánh mì, bánh quy Protease làm giảm thời giantrộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và nở tốt hơn

1.2.4.4 Trong sản xuất Bia

- Chế phẩm Protease có ý nghĩa quan trọng trong việc làm tăng độ bền của bia và

rút ngắn thời gian lọc Protease của Aps oryzae được dùng để thủy phân protein trong hạt ngũ cốc, tạo điều kiện xử lý bia tốt hơn [6] Lê Xuân Phương (2001), Vi sinh vật công

nghiệp, NXB Xây dựng, Hà Nội.

Protease Protease Protease

Protein polypeptid peptid amino acid

Ứng dụng enzyme Protease để làm trong và ổn định chất lượng nước quả và rượuvang - một trong những nguyên nhân chính gây khó khăn cho việc làm trong nước quả và

gây đục nước quả là protein [7] Nguyễn Đức Lượng ( chủ biên),(2004), Công Nghệ

EnZym, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh.

Ngoài ra, Protease còn được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành khác như:

- Điều chế dịch đạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất tăng vị trong thựcphẩm và sản xuất một số thức ăn kiêng

- Protease của nấm mốc và vi khuẩn phối hợp với amylase tạo thành hỗn hợpenzyme dùng làm thức ăn gia súc có độ tiêu hóa cao, có ý nghĩa lớn trong chăn nuôi giasúc và gia cầm

- Điều chế môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật để sản xuất vaccine, kháng sinh,

…

- Sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để giặt tẩy các chất bẩn protein, sảnxuất mỹ phẩm, …

1.3 Tổng quan về vi sinh vật

1.3.1 Giới thiệu chung về vi sinh vật

- Trong nuôi cấy vi sinh vật thu nhận enzyme có một số kỹ thuật chung và một số

kỹ thuật riêng Những kỹ thuật chung bao gồm: [7]

+ Kỹ thuật tạo giống

+ Lựa chọn phương pháp nuôi cấy

+ Thiết kế thiết bị nuôi cấy

+ Kỹ thuật lên men

+ Tách, tinh chế thu nhận E.

- Nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp mạnh Protease, các enzyme này có thể ởtrong tế bào hoặc được tiết vào môi trường nuôi cấy Một số Protease ngoại bào đã sảnxuất quy mô công nghiệp và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, trongnông nghiệp và trong y học

- Nguồn vi sinh vật thu nhận enzyme Protease chủ yếu gồm: vi khuẩn, nấm mốc,

Các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp mạnh Protease là Bacillus subtilis,

B.mesentericus, B.thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium Trong đó, B.subtilis S5 có khả năng tổng hợp Protease mạnh nhất Các vi khuẩn thường tổng hợp

các Protease hoạt động thích hợp ở vùng pH trung tính và kiềm yếu.[2]

Các Protease trung tính của vi khuẩn hoạt động ở khoảng pH hẹp (pH 5-8) và cókhả năng chịu nhiệt thấp Các Protease trung tính tạo ra dịch thủy phân protein thực phẩm

ít đắng hơn so với Protease động vật và tăng giá trị dinh dưỡng Chúng còn có khả năng

ái lực cao đối với các acid amin ưa béo và thơm và được sinh ra nhiều bởi B.subtilis,

B.mesentericus, B thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium [2].